[发明专利]基于移动传感评定桥梁单梁挠度和应变的无损测试方法

说明书

本发明公开了一种基于移动传感评定桥梁单梁挠度和应变的无损测试方法，涉及桥梁检测评定技术领域。本发明通过构建桥梁单梁有限元模型获取多阶理论频率和理论振型后，利用移动测试车在混凝土单梁上进行移动传感模态测试得到多阶实测频率和实测振型，结合多阶理论振型确定归一化系数，再利用桥梁单梁有限元模型进行虚拟静载试验得到等效荷载作用下桥梁单梁的挠度，利用目标函数优化桥梁单梁有限元模型得到基准有限元模型，分别利用桥梁单梁有限元模型和基准有限元模型进行虚拟静载试验获取挠度值和应变值，计算桥梁单梁的校验系数，评价桥梁单梁的承载能力。本发明测试过程中避免了对桥梁单梁的损伤，实现了对桥梁单梁承载能力的准确评价。

技术领域

本发明涉及桥梁检测评定技术领域，具体涉及一种基于移动传感评定桥梁单梁挠度和应变的无损测试方法。

背景技术

桥梁作为公路和铁路交通中十分重要的建筑物，在交通设施固定资产中占有很大的比重。目前，随着桥梁建设技术的不断发展，越来越多的桥梁构件实现了预制化施工。桥梁的装配式安装具有专业技术性强、施工速度快、产品质量高、总体投资少的优点，但是预制梁体的承载力能否达到桥梁的设计要求，需要进行科学严谨的检验评定。

传统的静载试验能够很好地检测出梁体的承载能力和健康状况，但是需要耗费大量的时间和人力成本，单片梁加载时需要架设昂贵的反力架或危险性较高的堆载，且抽检评定的单梁数量较少，难以大规模应用，导致传统的静载试验评定法具有一定的局限性。动载试验虽然检测费用较低，检测方式便捷且检测过程中不会影响桥梁上的交通通行，但是进行动载试验时需要安装大量传感器，配合需要处理海量数据，并且动载试验的试验结果只能输出基本信息且输出结果单一，仅能够针对结构的动力特性方面做出定性的判断，无法结合现行的规范评定单梁的承载能力。

因此，亟需提出一种能够对桥梁单梁快速批量化地的无损伤测试方法，方便快捷地评定单梁的承载能力状况。

发明内容

本发明针对现有技术无法快速对多个桥梁单梁进行批量化无损伤测试的问题，提出了一种基于移动传感评定桥梁单梁挠度和应变的无损测试方法，实现了对桥梁单梁承载能力的准确评价。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于移动传感评定桥梁单梁挠度和应变的无损测试方法，具体包括如下步骤：

步骤1，根据桥梁的设计结构，构建桥梁单梁有限元模型，计算得到桥梁单梁的多阶理论频率和理论振型；

步骤2，根据桥梁的设计结构预制混凝土单梁，在混凝土单梁顶面上沿梁体轴向均匀设置多个测量点，利用移动测试车在混凝土单梁顶面上进行移动传感模态测试，获取移动测试车经过各测量点时的加速度，并根据车桥耦合振动理论，确定混凝土单梁与移动测试车接触点处的实测频率，得到移动测试车的加速度时程图和频谱图；

步骤3，根据移动测试车的加速度时程图和频谱图，基于模态参数识别方法识别混凝土单梁的多阶实测频率和实测振型，得到桥梁单梁的多阶实测频率和实测振型，结合桥梁单梁的理论振型，对桥梁单梁的理论振型和实测振型进行拟合，确定桥梁单梁振型的归一化系数；

步骤4，根据桥梁单梁振型的归一化系数，对桥梁单梁的实测振型进行归一化处理，计算桥梁单梁的实测位移柔度矩阵；

步骤5，利用桥梁单梁有限元模型进行虚拟静载试验，获取虚拟静载试验中的荷载加载效率，确定虚拟静载试验中桥梁单梁的等效荷载，结合桥梁单梁的实测柔度矩阵，计算等效荷载作用下桥梁单梁的挠度；

步骤6，根据桥梁单梁的实测频率和等效荷载作用下桥梁单梁的模态挠度，构建目标函数，目标函数中将桥梁单梁的弹性模量和密度作为优化变量，利用有限元模型修正方法对桥梁单梁有限元模型进行优化，优化后得到基准有限元模型；

步骤7，在桥梁单梁有限元模型和基准有限元模型上同时施加相同的等效荷载进行虚拟静载试验，虚拟静载试验结束时分别获取桥梁单梁有限元模型、基准有限元模型所对应的挠度和应变，计算桥梁单梁的挠度校验系数和应变校验系数；

步骤8，根据桥梁单梁的校验系数评价桥梁单梁的承载能力。